JP4451782B2 - 波長分散を調節する装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、光学システムにおける波長分散の補償および監視に関する。特に、本発明は、波長分散を調節する装置および方法に関する。

光ファイバまたは他の光学構成要素（部品）における波長分散（ｃｈｒｏｍａｔｉｃ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ、ＣＤ）は、分散性媒体における光信号の送信中に一般的に生じる広く知られた物理現象である。
高度に発達した光伝送システムにおいては、波長分散は、たとえば、高伝送速度または大きな光伝送距離の場合に、干渉効果として関連してくる。光透過性の伝送路に沿って累積される波長分散を低減するために、分散補償要素を伝送路に挿入することが知られている。とりわけ、分散補償ファイバ（ＤＣＦ）またはチャープド・ファイバグレーティング（チャープ・ファイバ）格子が、この目的のために使用される。

しかし、波長分散補償において問題となるのは、一般に、波長分散が、所与の伝送長について一定値を有さず、時間と共に変化を受けることである。他の環境による影響に加えて、そのような変化は、とりわけ、温度の揺らぎによって引き起こされる。というのも、ガラス・ファイバなどの光学構成要素の波長分散は、温度に依存するからである。

波長分散のこれらの変化は、比較的小さく、したがって、それらの変化によって生じる信号品質の変化は、現在導入されている伝送システムでは、ほぼ無視できる。
しかし、１０ＧＢｉｔ／ｓを超えるデータ伝送速度または非常に長い伝送路を有するシステムなど、より新しい高度に発達した伝送システムの場合、これらの変化は、光信号の品質に対して非常に破壊的な影響をすでに有する。したがって、そのような伝送システムについては、自動分散補償または適応分散補償（ＡＤＣ）の方法が、絶対的に必要であると考えられる。

第１の実施提案は、既にＡＤＣで知られている。「Ｎｅｗ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｔｉｅｓ ｆｏｒ ａｄｖａｎｃｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ（ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）」、ＩＰ／ｏｐｔｉｃａｌに関するワークショップ、２００２年７月９〜１１日、日本、千歳においてＫ．Ｙａｍａｎｅによって提案されたＡＤＣの装置は、部分的に機械的に調節可能な６つの光学構成要素を有する複雑なフリービーム光学システムと併用する光サーキュレータに基づいている。しかし、この設計手法は非常に高価である。さらに、その長期安定性には疑問がある。
Ｋ．Ｙａｍａｎｅ、「Ｎｅｗ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｔｉｅｓ ｆｏｒ ａｄｖａｎｃｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ（ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）」、ＩＰ／ｏｐｔｉｃａｌに関するワークショップ、２００２年７月９〜１１日、日本、千歳 Ｋ．Ｓ．Ｋｉｍら、「Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ ｏｆ ｃｈｒｏｍａｔｉｃ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｉｕｎ［ｓｉｃ］ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｓｈｉｆｔｅｄ ｆｉｂｅｒｓ；ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ」、Ｊｏｕｒｎａｌ Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．７３、２０６９〜２０７４ページ、１９９３年 Ｔ．Ｋａｔｏ、Ｙ．Ｋｏｙａｎｏ、Ｍ．Ｎｉｓｈｉｍｕｒａ、「Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ ｏｆ ｃｈｒｏｍａｔｉｃ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｉｎ ｖａｒｉｏｕｓ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ」、Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．、Ｖｏｌ．２５、Ｎｏ．１６、１１５６〜１１５８ページ、２００

したがって、本発明の目的は、波長分散の補償を簡素化することである。この目的は、請求項１に記載の装置、請求項９に記載の光伝送システム、および請求項１６に記載の方法によって達成される。有利な他の改善は、それぞれの従属請求項の主題を構成する。

光伝送システムにおける波長分散を調節する本発明の装置は、温度依存性の波長分散を有する光学要素と、光学要素について所定の波長分散を提供するために、光学要素のうちの少なくとも１つの領域の温度または温度分布を調節する装置とからなる。
温度依存性の波長分散を有する光学要素および温度または温度分布を調節する装置を有する本発明の装置は、以下ではＯＣＥＴ（ｏｐｔｉｃａｌ ｃｈｒｏｍａｔｉｃ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｅｌｅｍｅｎｔ ｕｓｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ，）とも呼ばれる新しいタイプの構成要素を表す。

さらに、本発明によれば、伝送システムの光伝送路における送信器と受信器との間に設置された少なくとも１つのそのようなＯＣＥＴを有し、その結果、ＯＣＥＴを適切に調節することによって、波長分散の揺らぎを補償することができる光伝送システムを示すことが、本発明の範囲内にある。

温度の揺らぎが光伝送システムの波長分散に経時変化をもたらすのと同様に、光学要素もまた、温度によってその波長分散が変化する。本願発明ではこの効果を利用して、光伝送システム内の光学部品の温度を調節することにより、伝送リンクの波長分散の経時変化を補償する極めて簡便な構成提案する。

光伝送システムにおける波長分散を調節するための本発明の方法によれば、この目的のため、光学要素のうちの少なくとも１つの領域の所定の温度または所定の温度分布が、光学要素が所定の波長分散を呈示するように、調節される。

この方法においては、温度または温度分布を調節することによって、光学要素の波長分散は、伝送リンクの波長分散が補償されるような方式で、調節されることが可能であることが好ましい。しかし、同様にして、分散を特定の値に設定することも可能である。これは、たとえば、波長分散を補償するための追加の要素が光伝送路に沿って挿入されるとき、有用である。さらに、ＯＣＥＴを使用して、全伝送システムの波長分散を、目標とされる方法でゼロ以外のある値に設定することもでき、または、たとえば、波長分散の揺らぎに関する光伝送システムの許容度、すなわち信号品質および伝送品質に対するそのような揺らぎの影響を試験するために、ある値の範囲にわたって値を変化させたり、または値の範囲を調節したりすることができる。

温度または温度分布を調節する装置は、温度チャンバーを含むことが望ましい。それにより、光学要素と周囲との温度差がなくなるように、光学要素の周囲温度を調節することが可能である。このようにして、光学要素、したがってＯＣＥＴの温度または温度分布を十分に安定化することが可能である。

さらに、特に簡単かつ好ましい方式において、光学要素の温度は、加熱装置を使用して変化されることが可能である。この場合、室温における、分散補償量が伝送システムの分散の設定値または調整領域を超えるように光学部品をそれにより、適切な温度上昇に応答して、所望の値に到達することができる。このために、光学要素は、光伝送システムの分散係数と比較して反対の符号を有する分散係数を呈示する材料を含むことが有利である可能性がある。過補償は、そのような材料を使用することによって、精確に達成されることが可能である。

さらに、光学要素の所定の波長分散の調節は、波長分散が温度に対して本質的に単調な依存性、またはさらには線形な依存性を呈示する材料を光学要素が含む場合、特に容易に達成されることが可能であり、その結果、明確な温度値が、調節可能な値の範囲内において、各波長分散に割り当てられることが可能である。

すでに上述したように、波長分散の温度依存性の影響は、ごくわずかである。したがって、十分に優れた補償を達成することができるように、光が光学要素のうちの温度に影響される材料内において可能な最大長の経路を進行することが望ましい。ガラス・ファイバなどの光ファイバを光学要素として使用することによって、これを特に容易に達成することが可能である。この場合、光ファイバを巻き上げることができ、これによりスペースが節約される。

さらに、光伝送システムは、ガラス・ファイバを介した信号伝送に主に基づいている。そのようなシステムでは、伝送ファイバは、たとえば、低損失スプライシングによってＯＣＥＴのガラス・ファイバに結合されてもよい。

調節された波長分散を安定化するために、温度または温度分布を調節する装置が、調節された温度が維持されることを保証する温度自動調節装置を含むことが特に有利である。光学要素の少なくとも１つのセクションの周囲温度を測定する装置が、温度安定化の制御変数を提供するために、有利であることもある。たとえば、これは、内部の温度が、チャンバーに配置される光学要素の温度について良好で精確な平均値を表すような温度チャンバーが使用されるとき、有益である。

ＯＣＥＴの波長分散は、単に調節されるだけでなく、制御もされることが特に好ましい。そのために、温度または温度分布を調節する装置は、温度制御装置を含むことが有利である。光学要素の温度または温度分布を制御するために、温度制御装置によって処理される様々なパラメータを使用することが可能である。

適応分散補償または安定化を達成するために、光伝送システムまたはその区分（セクション）における波長分散が測定され、ＯＣＥＴの光学要素の温度または温度分布が、当該測定に応じて調節されることが好ましい。そのために、たとえば、ＯＣＥＴ自体は、波長分散を測定する装置を含んでもよく、その測定値は、温度制御装置による温度制御のために、直接使用することができる。

しかし、そのような測定装置は、ＯＣＥＴ外の光伝送システムの構成要素とすることも同様に可能であり、測定値または測定値に対応する信号をＯＣＥＴに転送しても良い。ＯＣＥＴの温度制御装置は、そのような信号に応じて、温度、したがって光学要素の波長分散を調整することができる。

温度に対する光伝送システムにおける波長分散の依存性が既知である場合、光伝送システムにおける波長分散は、光伝送システムの少なくとも１つの位置において温度を測定することによって、間接的に確認されることも可能である。

伝送システムの少なくとも１つのセクションの現状の波長分散を直接測定する方法としては、たとえば、適切な装置を使用して試験信号を供給し、試験信号を評価することが可能である。伝送システムの少なくとも１つの部分を通過した後、試験信号は、波長分散を測定する装置によって評価されることが可能である。波長変調試験信号の差分位相シフトの測定は、この目的について特に適切である。

特に長距離伝送リンクの場合、複数のＯＣＥＴが伝送システムに配置されることもまた有利であることがある。たとえば、１つのＯＣＥＴを、２つの増幅器の間の伝送システムの各セクションに配置してもよい。したがって、複数のＯＣＥＴが光伝送路に沿って順々に配置される場合、それらの調節は、互いに影響を与える。これに対して、ＯＣＥＴの光学要素の調節を互いに調整するために、温度依存性の波長分散を有する１つの光学要素の温度または温度分布が、光伝送システムにおける温度依存性の波長分散を有する少なくとも１つのさらなる他の要素の調節に応じて調節されることが有利である。たとえば、ＯＣＥＴは、相互接続されてもよく、したがって、これらのＯＣＥＴの調節は、ＯＣＥＴ間で調整されることが可能である。これは、たとえば、光監視チャネルを介して達成されることが有利である場合がある。ＯＣＥＴは、各装置の調節を確認するために、そのような監視チャネルを介して計算装置に接続されることが有利でありうる。その場合、計算装置は、確認されたＯＣＥＴの最も有益な調節に従って、監視チャネルを介してそれぞれの調節パラメータを送信することができる。

より大きな伝送帯域幅を実現するために、しばしば、光伝送システムにおいて、複数の伝送ファイバが並列に経路として使用される。そのような伝送システムの個々のブランチが波長分散について異なる揺らぎを呈示する場合、この場合においては、個々のブランチの個々の安定化を提供する複数のＯＣＥＴが、並列に動作することが有利である可能性がある。しかし、しばしば、個々のブランチの揺らぎは本質的に等価でもある。その理由は、たとえば、温度変化によって引き起こされる分散揺らぎの場合、温度変化は、本質的に光伝送路に沿って生じ、たいてい、個々のファイバ間において無視可能であるからである。この場合、本発明による装置のさらなる改善が有利であり、ＯＣＥＴは、別々の入力および出力を有する少なくとも２つの光学要素を含み、したがって、光学要素は、光伝送路に沿って順々には配置されず、温度依存性の波長分散を呈示する。したがって、これらの要素の波長分散は、温度または温度分布を調節する装置を使用する共同温度調節によって、共に調節することができる。
本発明は、添付の図面を参照して、例示的な特定の実施形態に基づいて、以下においてより精確に説明される。この文脈において、同一の参照符号は、同一または同様の部分を指す。

図１Ａから１Ｃは、以下において記述される、ＯＣＥＴを使用した光伝送リンク１の様々な可能な例示的実施形態を示す。
図１Ａは、ＯＣＥＴ１５によって波長分散が安定化される、光伝送リンク１の簡単な例示的実施形態を示す。伝送リンク１は、送信器３、伝送ファイバ５、および受信器７を含む。光伝送リンクの受信器７は、送信された光信号を検出する検出器９、ならびにブースタとして光増幅器１３を用いて良い。

ＯＣＥＴ１５が、光増幅器１３と検出器との間の光伝送路において構成される。その一部の上に、ＯＣＥＴは、温度チャンバー１６内に配置される分散補償ファイバ１７の形態の温度依存性波長分散を有する光学要素、ならびに、以下において温度調節装置と呼ばれる、光学要素の少なくとも１つの領域の温度または温度分布を調節する装置１９を含む。温度チャンバー内の所定の温度を調節する加熱装置を含んでもよい。特有の温度を調節することによって、分散補償ファイバ１７について所定の波長分散を提供することが可能である。

送信器３と検出器９との間で伝送される光データ信号は、たとえば、光単一チャネル信号またはさらには複数チャネル信号、すなわちＷＤＭ信号（ＷＤＭ＝波長分割多重化）において伝送されることが可能である。
送信器と検出器との間の全波長分散＜Ｄ_ｔｏｔ＞は、本質的に、光伝送ファイバ５の分散＜Ｄ_ｐ＞、光増幅器の分散＜Ｄ_ＯＡ＞、およびＯＣＥＴ１５の分散補償ファイバ１７の分散＜Ｄ_ｃ＞の分散成分からなる。したがって、下式が成り立つ。
（１） ＜Ｄ_ｔｏｔ＞＝＜Ｄ_ｐ＞＋＜Ｄ_ＯＡ＞＋＜Ｄ_ｃ＞
たとえば、全波長分散＜Ｄ_ｔｏｔ＞は、システム設定中に光伝送路に挿入される補償要素によって、検出器９の入力において十分に良好な光信号品質をもたらす許容可能な値に設定されることが可能である。

当然、上式は、例として理解されるべきであるが、その理由は、光伝送リンクは他の光学要素、特に、温度依存性波長分散を呈示するより多くの光学要素を有することがありうるからである。

しかし、分散の個々の成分は、時間の経過に伴い、揺らぎ＜ΔＤ_ｐ＞、＜ΔＤ_ＯＡ＞、および＜ΔＤ_ｃ＞を受ける可能性があり、その結果、波長分散の全般的な時間依存性の全偏差は、以下のようになる。
（２） ＜ΔＤ_ｔｏｔ＞＝＜ΔＤ_ｐ＞＋＜ΔＤ_ＯＡ＞＋＜ΔＤ_ｃ＞

一般的に、光伝送ファイバ５および光増幅器１３の波長分散の揺らぎは、周囲条件の変化によって生じる。たとえば、１つまたは複数の構成要素の周囲温度は、日中と夜間、または夏と冬などにおいて変化する可能性がある。たとえば、機械的応力の揺らぎによる、温度によっては生じない変化でさえ、波長分散の揺らぎをもたらすことがある。
分散補償ファイバ１７の温度が、装置１９によって以下の式が成り立つよう調節され、
（３） ＜ΔＤ_ｃ＞＝−（＜ΔＤ_ｐ＞＋＜ΔＤ_ＯＡ＞）
したがって、
（４） ＜ΔＤ_ｔｏｔ＞＝０
が達成されるという点で、ＯＣＥＴ１５の補助により、光伝送ファイバおよび増幅器の波長分散の全体的な時間依存揺らぎ＜ΔＤ_ｐ＞および＜ΔＤ_ＯＡ＞を安定させることが、この段階において可能である。

この実施例において、波長分散は、＜Ｄ_ｔｏｔ＞の値が一定であるように、安定化することができるだけではない。より望ましくは、＜Ｄ_ｔｏｔ＞を可能と思われる最小の値又はゼロにするように補償する。

以下において、光学要素の所定の波長分散を達成するために、特に分散補償光ファイバなどのような、ＯＣＥＴの光学要素の温度を調節する方法が説明される。
温度変化ΔＴに応じた光ファイバの波長分散の変化＜ΔＤ＞は、以下の式によって密接に近似して表されることが可能である。
（５） ＜ΔＤ＞＝（ｄＤ／ｄλ）・（ｄλ_０／ｄＴ）・Ｌ・ΔＴ
この式において、Ｄは分散係数、Ｌは光ファイバの長さ、λは波長、およびλ_０はゼロ分散波長を表す。この式は、以下のようにより簡単に書かれることが可能である。
（６）＜ΔＤ＞＝Ｓ_０・Ｍ_０・Ｌ・ΔＴ
この場合、Ｓ_０＝（ｄＤ／ｄλ）は増加率（傾き）、Ｍ_０＝（ｄλ_０／ｄＴ）は、波長分散の温度係数である。

したがって、所与の長さＬを有するガラス・ファイバを扱う場合、波長分散の変化＜ΔＤ＞および温度変化ΔＴは、互いにほぼ比例する。
以下において、光伝送ファイバの波長分散の変化＜ΔＤ_ｐ＞がＯＣＥＴによってどのように補償され、したがって、伝送システムの波長分散がどのように安定化されるかがさらに示される。この関係において、例として、分散補償ファイバを使用して、添え字「ｐ」は、伝送ファイバの変数を表し、添え字「Ｃ」は、ＯＣＥＴの光学要素の変数を表す。さらに、添え字「０」は、初期値を表す。
両方のガラス・ファイバの全分散＜ΔＤ_ｔｏｔ＞は、初期値に安定化される。
（７） ＜Ｄ_{ｔｏｔ，０}＞＝＜Ｄ_ｐ，０＞＋＜Ｄ_ｃ，０＞
その結果、ある瞬間における全分散＜Ｄ_ｔｏｔ（ｔ）＞と初期全分散＜Ｄ_{ｔｏｔ，０}＞との差は、ゼロに調整される。異なる表現を用いれば、両方のガラス・ファイバの波長分散の変化の和は、ゼロに等しいはずである。したがって、以下のようになる。
（８） ＜ΔＤ_ｐ＞＋＜ΔＤ_ｃ＞＝０
式（６）から、上式より下式が得られる。
（９） ΔＴ_ｃ＝−＜ΔＤ_ｐ＞／（Ｓ_０，ｃ・Ｍ_ｃ・Ｌ_ｃ）
ＯＣＥＴの分散補償光学要素として、任意のガラス・ファイバを使用することが可能であり、それにより、生じる揺らぎ＜ΔＤ_ｐ＞は、温度変化による式（９）に従って事後制御されることが可能である。

所望の全分散は、＜ΔＤ_ｐ＞の実数倍εとして、したがって＜Ｄ_{ｔｏｔ，０}＞＝ε・＜ΔＤ_ｐ，０＞によって表されることが可能である。さらに、ガラス・ファイバの波長分散は、分散係数ＤとＬとの積であり、したがって、下式が成り立つ。
（１０） ＜Ｄ_{ｔｏｔ，０}＞＝ε・＜ΔＤ_ｐ，０＞＝Ｄ_ｐ・Ｌ_ｐ＋Ｄ_ｃ・Ｌ_ｃ
２つの光ファイバの分散係数は、Ｄ_ｐおよびＤ_ｃによって表される。式（９）と共に、最終的に以下のようになる。
（１１） ΔＴ_ｃ＝ΔＴ_ｐ（Ｍ_０，ｐ／Ｍ_０，ｃ）・（Ｄ_ｃ／Ｓ_０，ｃ）・（［１−ε］Ｄ_ｐ／Ｓ_０，ｐ）^−１
残りの分散が存在することが示唆されない場合、＜Ｄ_{ｔｏｔ，０}＞＝ε＝０が適用され、式（１１）は、以下のように変更される。
（１２） ΔＴ_ｃ＝ΔＴ_ｐ・（Ｍ_０，ｐ／Ｍ_０，ｃ）・（Ｄ_ｃ／Ｓ_０，ｃ）・（Ｄ_ｐ／Ｓ_０，ｐ）^−１

光伝送リンクの波長分散を安定化することを意図する場合、温度は、式（１２）に従って調節されなければならない。分散がさらにＯＣＥＴによって補償される場合、ＯＣＥＴの光学要素の温度は、式（１２）に従って調節されることが可能である。たとえば、光伝送ファイバの温度が測定される場合、式（１１）および式（１２）から得られる結果は、それぞれ、ＯＣＥＴの分散補償ファイバが分散を安定化または補償するために有さなければならない特定の温度差ＤＴであり、したがって、調節されるべき温度は、光伝送ファイバの温度、および上式による温度差から計算される。

温度係数Ｍ_０は、ＯＣＥＴの光学要素の材料の機能であり、０．０２６ｎｍ／°Ｋと０．０３ｎｍ／°Ｋとの間に通常ある。適切な材料の温度係数の値が、とりわけ、Ｋ．Ｓ．Ｋｉｍら、「Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ ｏｆ ｃｈｒｏｍａｔｉｃ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｉｎ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｓｈｉｆｔｅｄ ｆｉｂｅｒｓ；ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ」、Ｊｏｕｒｎａｌ Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．７３、２０６９〜２０７４ページ、１９９３年において示されている。１５５０ｎｍ波長による分散係数Ｄおよび増加率Ｓ_０の通常値が、標準的な単一モード・ファイバおよびいくつかのタイプの分散補償ファイバについて、以下の表において与えられる。

標準的な単一モード・ファイバおよび分散補償ファイバ３について表に示される値は、Ｋ．Ｓ．Ｋｉｍらの上述した文献から取られ、２つの他の分散補償ファイバの値は、Ｔ．Ｋａｔｏ、Ｙ．Ｋｏｙａｎｏ、Ｍ．Ｎｉｓｈｉｍｕｒａ、「Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ ｏｆ ｃｈｒｏｍａｔｉｃ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｉｎ ｖａｒｉｏｕｓ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ」、Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．、Ｖｏｌ．２５、Ｎｏ．１６、１１５６〜１１５８ページ、２０００年から取られている。両文献の開示も、完全に本発明の主題となっている。

光学構成要素の波長分散が頻繁に変化する場合、温度調節装置が温度制御装置を含むことが有利であり、この場合、ファイバ１７の温度の固定値が調節可能であるだけでなく、測定量に応じて温度をさらに調整する。したがって、特に、波長分散は、適切な装置を使用して、図１Ａに示される測定点３０、３１、３２の１つまたは複数において測定されることが可能である。次いで、測定値に対応する信号が、温度制御装置に転送されることが可能であり、温度制御装置は、次いで、分散補償ファイバ１７の温度をこれらの信号に応じて調節する。

波長分散は、間接的に決定されることも可能である。たとえば、光伝送システム１における波長分散は、光伝送システムの測定点２０、２１、２２の少なくとも１つにおいて温度を測定することによって、確認されることが可能である。較正測定から、各場合において、波長分散が、測定温度値に割り当てられることが可能である。当然、そのようなタイプの間接測定は、伝送システムの光学要素が受ける温度揺らぎのために、波長分散の変化を考慮するのみである。

図１Ｂは、分散安定化伝送リンクの他の例示的な実施形態を示す。この例示的な実施形態では、ＯＣＥＴの温度調節装置１９は、温度制御装置２１を含む。送信器３は、データを光信号に変換するための光信号源４、ならびに試験信号生成装置２３を含む。光信号源４および試験信号生成装置２３の信号は、カプラ２５によって結合され、光伝送ファイバ５を介して共に伝送される。試験信号生成装置は、波長分散を測定するために使用される試験信号を生成する。

光増幅器１３、ＯＣＥＴ１５、および検出器９の他に、この特定の実施形態では、受信器７は、試験信号および光データ信号を分離するための他のカプラ２９をも含む。分離されたデータ信号は、光伝送路に沿ってＯＣＥＴ１５を介して検出器９に伝達される。試験信号は、カプラ２９からＣＤモニタ、すなわち、これらの試験信号に基づいて、信号源４とカプラ２９との間にある伝送リンク・セクションの波長分散を決定する波長分散を測定するための測定装置２７に伝達される。次いで、測定値は、対応する信号に変換されることが可能であり、この信号は、温度制御装置２１に転送され、装置２１は、これらの信号、すなわちこれらの信号に対応する測定値に応じて、ファイバ１７が特定の波長分散を呈示するようにファイバ１７の温度を調節する。

この場合、波長変調試験信号の差分位相シフトを測定する方法は、試験信号を使用して波長分散を測定するのに特に適している。図１Ｂに示される光伝送リンクの特定の実施形態においてこの方法を実施する１つの可能な構成が、図２に概略的に示される。この場合、狭帯域試験信号１０２が、中間の波長の周辺において周期的に変調される。これは、たとえば、発振格子など、変調フィルタまたは変調器１０５により、より広帯域の試験信号１００をフィルタリングすることによって達成される。次いで、この試験信号１０２は、基準信号１０１と共に、カプラ２５を介して伝送リンクに結合される。さらに、両信号は、時間と共に適切に変調される。このために、信号は、特に方形波パルスなど、パルスのシーケンスを含むことが好ましい。

波長分散のために、試験信号１０２および基準信号１０１のパルスの相対時間位置の変化が、これらの信号の伝送中に生じ、これは、パルス間の位相シフトとして現れる。次いで、ＣＤモニタ２７が、同期増幅器すなわちロックイン増幅器１０９の補助により、高精度でこれを検出することができる。したがって、試験信号の中間の波長に関する波長分散の値は、そのような位相シフトΔΦから得られる。

しかし、ロックイン方法は、試験信号生成装置とＣＤモニタとの間の同期を必要とする。位相シフトを同期的な手法で測定することを可能にするために、変調周波数および変調位相が、たとえば、試験信号の変調に対応する信号の形式でロックイン増幅器によって必要とされる。このために、たとえば、試験信号生成装置２３は、変調周波数生成装置１０３を含む。次いで、変調器１０５は、制御される。すなわち、狭帯域試験信号１０２は、変調周波数生成装置１０３によって生成される変調周波数で変調される。同時に、生成装置１０３の変調周波数は、光学監視チャネル１０７を介してロックイン増幅器に送信される。この状況において、情報内容量が少量であるために、監視チャネル１０７は、非常に狭い帯域の設計を有する可能性がある。監視チャネルは、別々の回線を介して実施されることが可能であるが、光伝送線を介して狭帯域周波数帯域として同等に伝送されることも可能である。

これらの測定から、波長分散に対応する適切な信号が生成されることが可能であり、この信号は、ＯＣＥＴの温度制御装置に送信される。
ＯＴＤＲ測定（ＯＴＤＲ＝光時間領域反射光測定）または伝播時間（通過時間、ｔｒａｎｓｉｔ ｔｉｍｅ）光子カウンティングも、とりわけ、試験信号の補助により波長分散を決定するのに適している。両方法とも、光信号の移動時間測定に基づく。

図１Ｃは、光伝送リンク１の他の一般的な例示的実施形態を示す。この場合、受信器７は、２つの光透過性要素４０および４１を有し、その一方の要素４０は、光伝送路に沿ってＯＣＥＴの下流に配置され、他の要素４１は、上流に配置される。当然、たとえば、要素４０、４１の一方は、光増幅器を含むことも可能である。

光信号が光学的にトランスペアレントに伝送または処理される光学要素は、すべて光透過性要素とみなすことができる。そのような光透過性要素の例は、光増幅器、光マルチプレクサおよびデマルチプレクサ、光学フィルタ、光アド／ドロップ（挿入／分岐）・マルチプレクサ、およびガラス・ファイバ要素、ならびにそのような要素の組合わせである。同様にして、当然、本発明によるＯＣＥＴは、そのような光透過性要素を表す。いずれの場合も、光透過性要素を通過する光信号は、これらの要素の透明材料または部分材料の波長分散を受ける。

したがって、ＯＣＥＴは、たとえば図３において示されるように、分散の生じる揺らぎのある範囲内において、あらゆる所与の光伝送路の波長分散を安定化することができる。図３に示される光透過性経路は、連続する光透過性要素４０、４１、・・・、４Ｎ、および伝送ファイバ５１、５２、・・・、５Ｎを含む。分散は、測定点３０、３１、・・・、３Ｎの１つまたは複数において決定されることが可能である。

一般に、伝送ファイバは、１つずつ続いて配置された複数のファイバで作成されることも可能であり、複数のファイバは、やはり異なる材料を含み、したがって、異なる波長分散を同様に呈示する可能性がある。

図４は、ＯＣＥＴ１５の他の特定の実施形態を示す。これは、２つ以上の分散補償光学要素を有するということによって区別される。これに関して、図４に示される例示的な特定の実施形態は、２つの分散補償ファイバ１７１、１７２を有する。ファイバ１７１および１７２は、それぞれ、光伝送システムの個々の並列なブランチに接続可能である別々の入力１５１、１５２、および出力１５４、１５５を有する。ファイバ１７１および１７２は、共有温度チャンバー１６に収容される。したがって、温度チャンバー１６の温度は、加熱装置１５６の補助により、温度調節装置１９によって調節されることができる。このようにして、両ファイバ１７１および１７２の温度は、共に調節される。したがって、簡単な方式で、そのようなＯＣＥＴは、光伝送システムの複数の並列なブランチの波長分散を同時に安定化することができる。

以下において、分散安定光伝送の他の例示的な特定の実施形態、すなわち伝送リンク１を示す図５を参照する。
この特定の実施形態は、光伝送ファイバ５１、５２、・・・、５Ｎの間において光伝送路に添って送信器３と受信器７との間に配置される複数の光ネットワーク要素６０、６２、・・・を含む。

この部分について、光ネットワーク要素６０、６２、・・・は、それぞれ、１つまたは複数の光透過性要素を再び含む。さらに、ネットワーク要素、ならびに受信器７は、それぞれ、ＯＣＥＴ１５を含む。温度制御装置２１の他に、ここで示されるＯＣＥＴの特定の実施形態は、ＣＤモニタ２７をも含み、ＣＤモニタは、各場合において、割り付けられた測定点３０、３１、・・・、３Ｎの１つにおける波長分散を決定する。当然、ＣＤモニタ２７は、図１Ｂにおいて示されるのと同様に、別々の構成要素として配置されることも可能である。ＯＣＥＴ１５の温度制御ユニット２１は、光学制御チャネルまたは光学監視チャネル１０７を介して、互いに相互接続される。このために、光監視チャネル１０７は、双方向であることが好ましく、たとえば、固定電話線またはＩＰ［インターネット・プロトコル］接続を介して実現されることも可能である。

したがって、さらに、光学監視チャネルを介して伝送された他のＯＣＥＴのセッティングが、温度制御装置２１の入力パラメータとして、それぞれのＣＤモニタによって決定される波長分散の測定値にこの段階で追加される。これと同様である、それぞれのＣＤモニタ２７によって確認される波長分散の測定値が１０７を介して中央計算装置１５８に送信される特定の実施形態も、有利である。次いで、ＯＣＥＴの最適セッティングを確認して、これらのセッティングに対応する信号を、光学監視チャネル１０７を介してＯＣＥＴ１５に送り返すことができる。

ＯＣＥＴによって波長分散が安定化または調節される光伝送リンクの例を示す図である。 ＯＣＥＴによって波長分散が安定化または調節される光伝送リンクの例を示す図である。 ＯＣＥＴによって波長分散が安定化または調節される光伝送リンクの例を示す図である。 差分位相シフトを測定することによって波長分散を決定する例示的な実施形態を示す図である。 光透過性経路の概略図である。 複数の光学要素を有するＯＣＥＴの特定の実施形態を示す図である。 光伝送リンクの他の特定の実施形態を示す図である。

符号の説明

１ 光伝送リンク
３ 送信器
４ 光信号源
５、５０ 伝送ファイバ
７ 受信器
９ 検出器
１３ 光増幅器
１５ ＯＣＥＴ
１６ 温度室
１７、１７１、１７２ 分散補償ファイバ
１９ 温度設定装置
２１ 温度制御装置
２３ 試験信号生成装置
２５、２９ カプラ
２７ モニタ装置
３０〜３Ｎ 色分散を測定するための測定点
４０、４１、・・・、４Ｎ 光透過性要素
１００ 広帯域試験信号
１０１ 基準信号
１０２ 狭帯域試験信号
１０３ 変調周波数生成装置
１０５ 変調器
１０７ 光学監視チャネル
１０９ ロックイン増幅器
１５１、１５２ １５の光入力
１５４、１５５ １５の光出力
１５６ 加熱装置
６０、６２ 光ネットワーク要素
１５８ 計算装置

Claims (18)

1. 光伝送システム（１）において波長分散を調節する装置であって、
   温度依存性の波長分散を有する光学要素と、
   前記光学要素について所定の波長分散を提供するために、前記光学要素の少なくとも一部の領域の温度または温度分布を調節する装置（１９）とを備え、温度または温度分布を調節する前記装置が温度制御装置（２１）を含んでおり、さらに、
   波長分散を測定する装置（２７）を備え、
   前記温度制御装置（２１）は入力パラメータに基づいて動作するよう構成されており、前記入力パラメータは、波長分散を測定する前記装置（２７）によって測定された波長分散値と、前記光伝送システム（１）の送信器と受信器との間に位置する、複数の他の、温度制御を用いる光波長分散制御要素（ＯＣＥＴ）のそれぞれの温度調節値とを含む、装置。
2. 前記光学要素が、温度に対して本質的に単調な依存性をもつ波長分散を呈示する材料を含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記光学要素が、前記光伝送システムの分散係数と比較して反対の符号を有する分散係数を呈示する材料を含む、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記光学要素が、光ファイバ（１７）、特にガラス・ファイバを含む、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記温度制御装置（２１）が温度自動調節装置を含む、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置。
6. 別々の入力（１５１、１５２）および出力（１５４、１５５）に割り当てられる、温度依存性の波長分散を有する少なくとも２つの光学要素を特徴とし、前記光学要素（１７）の少なくとも一部の領域の温度または温度分布を調節するために共有される装置（１９）を有する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の、光伝送システム（１）の波長分散を調節するために、送信器と受信器との間の光伝送路に沿って配置される少なくとも１つの装置（１５）を備える光伝送システム（１）であって、前記装置が、
   温度依存性の波長分散を有する前記光学要素（１７）と、
   前記光学要素について所定の波長分散を提供するために、前記光学要素（１７）の少なくとも１つの領域の温度または温度分布を調節する装置（１９）とを備え、前記送信器（３）はデータを光信号に変換する光信号源（４）を含んでおり、さらに、
   波長分散を測定するために試験信号を供給する、試験信号生成装置（２３）とカプラ（２５）とを含む装置（２３、２５）を備え、前記光信号源（４）の信号と前記試験信号生成装置（２３）の信号とを前記カプラ（２５）により結合し、そして一緒に光伝送ファイバを介して送信するよう構成されていることを特徴とする、光伝送システム（１）。
8. 伝送システムにおける波長分散を測定する少なくとも１つの装置（２７）を有することを特徴とする、請求項７に記載の光伝送システム。
9. 光伝送システムの波長分散を調節する前記装置（１５）が、温度制御装置（２１）を含む、請求項７または８に記載の光伝送システム。
10. 前記温度制御装置（２１）が、波長分散の測定値に対応する信号に応じて温度を調整する、請求項９に記載の光伝送システム。
11. 光伝送路に沿って順に配置される、光伝送システムの波長分散を調節するための少なくとも２つの装置が、光監視チャネル（１０７）を介して相互接続される、請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の光伝送システム。
12. 光伝送路に沿って順に配置される、光伝送システムの波長分散を調節するための少なくとも２つの装置が、計算装置（１５８）のセッティングを確認するために光監視チャネル（１０７）を介して計算装置（１５８）に接続される、請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の光伝送システム。
13. 請求項７乃至１２のいずれか１項に記載の光伝送システム（１）における波長分散を調節する方法であって、
    光学要素（１７）の少なくとも１つの領域の所定の温度または温度分布が、前記光学要素が所定の波長分散を呈示するように調節され、そして、温度依存性の波長分散を有する光学要素（１７）の前記温度または温度分布が、前記光伝送システムにおける温度依存性の波長分散を有する少なくとも１つの他の要素の調節に応じて調節される、方法。
14. 前記光伝送システムの波長分散が測定され、前記温度または温度分布が、前記測定に応じて調節される、請求項１３に記載の方法。
15. 前記光伝送システム（１）の波長分散が、前記光伝送システム（１）の少なくとも１つの位置（３０〜３４）において温度を測定することによって確認される、請求項１３または１４に記載の方法。
16. 前記光学要素（１７）の前記温度または温度分布が、前記光伝送システム（１）の波長分散が補償されるような方式で調節される、請求項１３乃至１５のいずれか１項に記載の方法。
17. 前記光伝送システムの少なくとも１つのセクションの波長分散が、試験信号（１０１、１０２）を供給および評価することによって確認される、請求項１３乃至１６のいずれか１項に記載の方法。
18. 波長変調試験信号と基準信号との差分位相シフトが、波長分散を決定するために測定される、請求項１７に記載の方法。

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